Copyright © pohodanovapec.cz 
Článek má za cíl seznámit čtenáře s problematikou výbušnosti práškových materiálů v technologických provozech. Nebezpečí výbuchu hořlavého prachu je spojeno s celou řadou průmyslových procesů, souvisejících s výrobou, či zpracováváním hořlavých pevných látek jako je uhlí, dřevo, plasty, obiloviny, ale i práškové kovy jako je hliník, zinek, či titan.
7. února 2008 v 19:15 zničila série mohutných výbuchů cukerného prachu cukrovar Imperial Sugar v Port Wentworthu ve státě Georgia. Výbuch prošel několika budovami a byl živen nahromaděným hořlavým cukerným prachem a cukrem, který se rozsypal ze zařízení. Silná betonová podlaha se nadzvedla a trosky cihlových stěn zasypaly schodiště a chodby, čímž zablokovaly mnoho únikových cest. Přímo na místě zemřelo osm pracovníků. Dalších šest podlehlo svým zraněním později v popáleninovém centru. Nehoda v cukrovaru Imperial Sugar byla nejhorším výbuchem prachu ve Spojených státech za poslední dekády. Zdůraznila extrémně vážnou povahu nebezpečí výbuchu hořlavých prachů.
Podle vyšetřovatelů byly v továrně výrazné nánosy cukerného prachu a rozsypaný cukr na mnoha površích. V průběhu dopravy se cukr sypal na podlahy v celém pracovním prostoru. Na některých místech byly hromady a vrstvy cukru a cukerného prachu několik centimetrů silné. Přepravovaný cukr obsahoval i drobné prachové částice, dostatečně lehké na to, aby se udržely ve vznosu ve vzduchu. Další cukerný prach přidávaly mlýny, ve kterých se krupicový cukr mlel na moučkový.
Stroje přitom byly připojeny na systém odsávání prachu; ten byl však poddimenzovaný a v havarijním stavu. Navíc nebyl ani připojen ke korečkovým elevátorům a dopravníkům. Pracovníci pravidelně používali k očištění balicích strojů stlačený vzduch, čímž odfoukávali prach dál do méně přístupných částí budov. V průběhu času se velké množství prachu nahromadilo na vyvýšených a těžko dostupných místech, například na potrubí, nosnících nebo svítidlech.
V chodbě pod cukernými sily se krupicový cukr sypal násypkami na dlouhý ocelový pásový dopravník. Čas od času se vytvořily hroudy cukru, které zůstaly zaseklé v násypkách a tím zablokovaly proud cukru na pásu. Cukr se místo toho sypal na podlahu a do vzduchu v chodbě se vířil další prach. Protože byla chodba relativně prostorná a větraná, zvířený prach nedosahoval výbušné koncentrace. V roce 2007 však firma zakrytovala pásový dopravník ocelovými panely. To mělo cukr ochránit před možnou kontaminací. Toto zakrytí ale nebylo vybaveno systémem na odsávání prachu.
Jednoduchá bábovka krok za krokem
7. února 2008 hroudy cukru zablokovaly jednu z výsypek sila. Cukr ze sila se tak sypal mimo dopravník. Prach zevnitř zařízení se naakumuloval až do výbušné koncentrace. Okolo 18:15 se pak cukerný prach dostal až ke zdroji vznícení, kterým bylo pravděpodobně horké ložisko dopravníku a došlo k výbuchu. Tento primární výbuch zničil kryt pásového dopravníku v tunelu pod sily a prošel do budovy balírny. Nahromaděný cukr byl zvířen tlakovou vlnou a následně zapálen plamenem původního výbuchu. Došlo tak k nejzávažnějšímu následku prvotního výbuchu: Oblaka prachu byla zdrojem tzv. sekundární exploze, která se prohnala celou budovou. Betonové podlahy se prohnuly, celá budova se otřásla, došlo ke kolapsu ocelových i zděných konstrukcí, čímž došlo k uvolnění a rozvíření dalších vrstev a vytvoření výbušné atmosféry z mnoha set kilogramů cukerného prachu a moučkového cukru v celé budově.
Vyšetřovatelé našli korespondenci datovanou ke konci 50. let 20. století, která dokazovala, že manažeři cukrovaru si už tenkrát byli vědomi nebezpečí výbuchu cukerného prachu a nebezpečí jeho úsadby. Zpráva z roku 1961 popsala výbuch prachu, který poničil prostor mlýnice krupicového cukru. V roce 2006 vydala americká agentura pro bezpečnost v průmyslu CSB studii hořlavosti a výbušnosti prachu, která volala po zavedení komplexního posuzování nebezpečí vznícení hořlavých prachů, založeného na aktuálních standardech Národní asociace požární ochrany (NFPA). Cukrovar Imperial Sugar věděl o nových standardech čtyři měsíce před zničujícím výbuchem. Management však neudělal vše pro to, aby odstranil vážný problém s prachem v balírně. Méně než dva měsíce před neštěstím ukázala interní inspekce, že se na podlahy stále sypou tuny cukru. Vyšetřovatelé poté zjistili, že v továrně pravidelně docházelo k menším požárům, které způsoboval cukr a nahromaděný prach na vybavení. Žádný z nich ale nevyústil v explozi cukerného prachu, který by se rozšířil celou továrnou. Podle vyšetřovatelů dekády provozu bez katastrofálního výbuchu mohly vést k tomu, že management byl ukonejšen ke klidu.
Hořlavý prach může být v těchto procesech přítomen jako surovina, meziprodukt výroby, nebo jako odpad. V elektrárnách a teplárnách, ve kterých se jako palivo využívá hnědé a černé uhlí, v současné době také stále více ve směsi s biomasou, jsou výbuchem ohroženy zejména technologické celky mletí a pneumatické dopravy paliva do kotlů. Tvorbu výbušné atmosféry můžeme očekávat také v místech přesypů pásové dopravy uhlí a zásobníků, kde v důsledku vzájemného otěru kusového uhlí dochází k tvorbě prachových podílů. Nebezpečí vzniká však i v okolí těchto technologických celků v důsledku usazování jemného prachu na zařízení a na stavebních konstrukcích. Uhelný prach pro svůj vodivostní charakter představuje také značné riziko požáru od elektrických zařízení.
Výbuchem jsou ohroženy zejména technologické celky skladování obilnin a výroby krmných směsí. Výbušná atmosféra se může vytvářet ve vnitřním prostoru skladovacích sil při jejich plnění, v prostorech pro výsyp obilovin do vaků nebo přepravních vozů, dále v zařízeních pro dopravu obilovin (korečkové a řetězové elevátory, apod.). U technologie výroby krmných směsí jsou riziková šrotovací a míchací zařízení. Při zpracování dřeva vzniká dřevný prach, jenž může ve směsi se vzduchem tvořit výbušnou směs. Nebezpečí výbuchu představují nejčastěji systémy odsávání prachu od dřevozpracujících strojů, jako jsou cyklónové odlučovače a filtry.
Při nanášení práškových barev v ručních, či automatických stříkacích kabinách je nebezpečí výbuchu tvořeno přestřiky práškové barvy. Nebezpečí je zde představováno zejména prachem dřeva, papíru a plastických hmot v procesech recyklace odpadů. Tříděný komunální odpad je v současné době také využíván k výrobě tuhých alternativních paliv, která jsou určena k energetickému využití ve spalovnách.
Na výbušnost prachů má podstatný vliv stupeň rozmělnění látky. Stupeň rozmělnění pevné látky má podstatný vliv na požární nebezpečí látky. Snižuje teplotu vznícení, a tak se může stát, že látka v kompaktním stavu, za normálních podmínek nehořlavá, ve formě prachu velice dobře hoří a vybuchuje. Čím je prach jemnější, tím vyšší je maximální výbuchový tlak a maximální rychlost narůstání výbuchového tlaku (brizance), a tím menší iniciační energie stačí k iniciaci prachovzdušné směsi.
Veškeré organické prachy jsou výbušné, ať už vznikají jako nežádoucí produkt při zpracování nebo jsou hlavním produktem výroby. Je to senný a obilní prach, škroby a mouky, cukr, kakao, čaj, koření, tabák, kávoviny, sušené mléko, dřevěný a korkový prach, prachy vláknitých látek - lnu, bavlny, buničiny, koudele, konopí, juty. Z nekovových prachů je nebezpečný prach síry, která má nízkou teplotu vznícení a sklon k tvorbě elektrostatických nábojů. Ze samostatných prvků jsou nebezpečné prachy kovů jako hliník, který má největší rychlost narůstání tlaku a jednu z nejvyšších hodnot maximálního výbuchového tlaku, dále hořčík, případně titan, zirkon, železo a další.
Spodní mez výbušnosti je nejnižší koncentrace směsi hořlavého prachu se vzduchem, při které je tato směs již výbušná. Spodní mez výbušnosti se stanovuje v akreditované zkušební laboratoři VVUÚ, a.s. ve výbuchové komoře VA 250, ve které se rozvíří definované množství prachu a vzniklá prachovzdušná směs se iniciuje definovanou energií. Pokud je překročena spodní mez výbušnosti, dojde po iniciaci k zapálení/výbuchu směsi v komoře. Poté se pokus opakuje s menším množstvím prachu a to tak dlouho, než je výsledek zkoušky negativní. Na základě takovéto série zkoušek je pak možné spodní mez stanovit.
Aby bylo možno navrhnout účinná protivýbuchová opatření, je třeba znát další údaje o výbušnosti daného prachu, jako jsou maximální výbuchový tlak, pmax, který se při výbuchu dané látky vyvine, rychlost nárůstu tlaku po iniciaci (dp/dt)max. Z těchto hodnot je pak možné podle kubického zákona vypočítat tzv. konstantu výbušnosti KSt = (dp/dt)max . Výbuchové parametry se stanovují ve výbuchovém autoklávu, což je tlakové zařízení tvaru koule o definovaném objemu. V naší zkušební laboratoři používáme autokláv VA 250 o objemu 250 litrů.
Minimální iniciační energie Emin je nejmenší energie kapacitní jiskry, která je schopna zapálit nejsnadněji iniciovatelnou směs hořlavé látky (plyn, pára, prach) ve směsi s oxidačním prostředkem. Pro prachy se stanovuje pro celou řadu koncentrací prachu ve vzduchu. S rostoucí iniciační energií se rozšiřuje rozsah výbušnosti, přičemž se zejména horní mez posouvá k vyšším hodnotám. Limitní obsah kyslíku je nejvyšší koncentrace kyslíku ve směsi hořlavina- kyslík-inert, při které ještě nedochází k hoření nebo explozi. Znalost tohoto parametru má velký význam pro ochranu zařízení, technologie před nebezpečím výbuchu pomocí inertního plynu (N2, CO2, atd.). U většiny organických látek se limitní obsah kyslíku pohybuje kolem 10 až 12 %.
Hroznový cukr a horská turistika
Teplota vznícení rozvířeného prachu je definována jako nejnižší teplota prostředí, při které dojde k samovolnému zapálení směsi plynných produktů rozkladu bez přítomnosti vnějšího zápalného zdroje. Teplota vzplanutí usazeného prachu je definována jako nejnižší teplota prostředí, při které dojde působením vnějšího zápalného zdroje k zapálení směsi plynných produktů rozkladu. Teplota vznícení usazeného prachu je definována jako nejnižší teplota prostředí, při které dojde k samovolnému zapálení směsi plynných produktů rozkladu bez přítomnosti vnějšího zápalného zdroje. Teplota žhnutí usazeného prachu je definována jako nejnižší teplota prostředí, při které dojde k trvalému žhnutí prachu. Výsledky zkoušky vypovídají o sklonech práškových materiálů při skladování se samovzněcovat.
Prostředí s nebezpečím výbuchu hořlavých prachů je v prostoru, kde se může vytvořit nebezpečné množství výbušné směsi prachu se vzduchem. Aby se mohla vytvořit výbušná směs hořlavého prachu se vzduchem, musí být k dispozici dostatečné množství prachových částic. V uzavřeném prostoru (zařízení) je nutno nezávisle na velikosti prostoru považovat za nebezpečné množství již 10 litrů výbušné směsi. V prostorách menších než 100 m3 se za nebezpečné množství považuje množství výbušné směsi tvořící desetitisícinu objemu prostoru (jen několik litrů).
Určení prostorů a zařízení, u kterých budou uplatňovány požadavky přílohy č. 2 nařízení vlády č. 406/2004 Sb. rozlišuje tři zóny: Zóna 20 Prostor, ve kterém je výbušná atmosféra vytvořena oblakem zvířeného hořlavého prachu ve vzduchu přítomna trvale, po dlouhou dobu nebo často. Zóna 21 Prostor, ve kterém může výbušná atmosféra tvořená oblakem zvířeného hořlavého prachu ve vzduchu vznikat příležitostně v normálním provozu. Zóna 22 Prostor, ve kterém není pravděpodobný vznik výbušné atmosféry tvořené oblakem zvířeného hořlavého prachu ve vzduchu za normálního provozu, a pokud vznikne, je přítomna pouze po krátké časové období.
Pokud není možno vyloučit vznik výbušné atmosféry směsi prachu se vzduchem v zařízení (např. inertizací procesu), či eliminovat veškeré možné iniciační zdroje výbuchu, které jsou blíže popsány v ČSN EN 1127-1 ed.2, je nutno hledat řešení, jak zařízení chránit po konstrukční stránce. Jednou z možností je navržení zařízení na tlakovou odolnost, která odolá výbuchovému tlaku, aniž by došlo k jejímu porušení. Takové nádoby můžeme rozdělit na dvě skupiny, a to nádoby, jež odolají výbuchovému tlaku a ty, které odolají výbuchovému rázu. V případě, že zařízení není konstruováno jako nádoba odolná výbuchovému tlaku nebo rázu, musí být přistoupeno k řešení ochrany systémy na odlehčení nebo potlačení výbuchu.
Odlehčení výbuchu spočívá v tom, že při překročení povolené hodnoty přetlaku ve vnitřním prostoru chráněného zařízení vlivem navýšení tlaku v důsledku výbuchu, dochází ke krátkodobému nebo trvalému otevření pojistného zařízení, a tím k odlehčení výbuchového tlaku. Při odlehčení výbuchu dojde k výšlehu plamene a uvolnění tlaku do okolí zařízení.
Systémy pro zabránění přenosu výbuchu se používají jako opatření proti šíření výbuchu z jednoho zařízení do druhého. Hasicí bariéry pracují na stejném principu jako systémy pro potlačení výbuchu. Slouží pro zabránění přenosu plamene při výbuchu přes propojovací potrubí do navazujících zařízení. Hasicí jednotka musí být umístěna v dostatečné vzdálenosti od detektoru ve směru výbuchu tak, aby zajistila spolehlivé uhašení čela plamene. Principem rychlouzavíracích prvků je uzavření průřezu potrubí a tím zabránění šíření výbuchu do následujících zařízení.
Havárie spojené s výbuchy hořlavého prachu nejsou tak časté jako výbuchy hořlavých plynů a par hořlavých kapalin, i tak však nelze nebezpečí výbuchu hořlavého prachu v průmyslových provozech v žádném případě podceňovat. Přijetí technických opatření však pro zajištění dostatečné úrovně bezpečnosti není postačující. Musí být přijata také organizační opatření, jako např. označení prostorů s nebezpečím výbuchu, zajištění systému povolování prací v prostředí s nebezpečím výbuchu, či provádět pravidelná školení zaměstnanců. Školení musí být zajištěno pro všechny zaměstnance pracující v prostoru s nebezpečím výbuchu a v dostatečné periodicitě.
V neposlední řadě musí mít každý zaměstnavatel, jehož zaměstnanci pracují v provozech, kde existuje riziko tvorby výbušné atmosféry a kde by zaměstnanci mohli být ohroženi výbuchem, zpracovanou Dokumentaci o ochraně před výbuchem. Dle § 6 odst. 1 nařízení vlády č. 406/2004 Sb. musí provozovatelé pro provozy, ve kterých se vyskytují výbušné látky, vypracovat (buď sami, nebo si nechat zpracovat) „Dokumentaci o ochraně před výbuchem“.
Za dodržování povinností na úseku bezpečnosti a ochrany zdraví při práci, resp. musí provozovatelé respektovat obecně závazné předpisy včetně Nařízení vlády č. 406/2004 Sb., o bližších požadavcích na zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci v prostředí s nebezpečím výbuchu, které je již harmonizováno se směrnicemi Evropské unie. Nosným předpisem je směrnice Evropského parlamentu a rady 89/391/EHS o zavádění opatření pro zlepšení bezpečnosti a ochrany zdraví zaměstnanců při práci.
Nejspolehlivější způsob, jak získat co nejpřesnější informace o výbušnosti a hořlavosti dané hořlavé látky, je odběr konkrétního vzorku např. z technologie, filtračního zařízení, prašného sedimentu apod., experimentální ověření jejich vlastností v akreditované laboratoři a následné popsání výsledků zkoušek pomocí požárně technické charakteristiky v souladu s vyhláškou č. 246/2001 Sb. Ověřování vlastností látek v akreditované laboratoři je obecně nutné i v dalších případech, kdy bezpečnostní parametry nejsou známy - v případě nových chemických produktů, směsí látek, suspenzí apod. Při experimentálním získávání bezpečnostních parametrů v akreditované laboratoři se postupuje dle platných norem nebo vlastních zkušebních postupů, které jsou však rovněž akreditovány.
Požárně technické charakteristiky nejsou, až na výjimky, fyzikálními konstantami, nýbrž konvenčními veličinami, jejichž reprodukovatelnost závisí ve značné míře na kvalitě materiálu, způsobu provedení zkoušek a na podmínkách zkoušení. Rozsah zkoušek je nutné stanovit v úzké spolupráci mezi zkušební laboratoří a uživatelem, aby mohly být co nejpřesněji stanoveny požárně technické charakteristiky zkoušeného materiálu a tím i co nejlépe vyřešen cíl celého sledu zkoušek, návrh vhodných ochranných opatření proti vzniku požáru a výbuchu.
Důsledná péče o úklid v provozech, kde hrozí výbuch vzniklého prachu, předchází mnoha velkým problémům. Místo vysávání byl k čištění používán stlačený vzduch - což není čištění, pouze přesouvání problémů na místa, kde není přímo vidět, o to hůř se pak později řeší. Základním nedostatkem byly rezervy v úklidu daných pracovišť a nevhodné metody čištění. V provozech jako je tento, doporučujeme provádět měření sedimentující prašnosti, a to i (resp. zejména) na hůře dostupných a na první pohled skrytých místech, jako jsou ocelové konstrukce ve výškách, horní kryty strojů, skryté prostory, kabelové lávky, osvětlovací tělesa a další podobné prostory.
Dalším důležitým opatřením je snížení rizika vzniku výbušné atmosféry tvořené jemným polétavým prachem. Veškeré uzavřené prostory je žádoucí vybavit aspiračními systémy, kdy se udržováním mírného podtlaku a odsáváním jemného prachu zabraňuje unikání prachu do okolí zařízení, jako jsou např. elevátory, zásobníky, sítové třídiče, šrotovníky a mlýny, míchací a homogenizační zařízení a další. Nejenže se škodlivého prachu mohou nadýchat zaměstnanci, a to může mít při opakování vliv na zdraví, ale v některých pracovních prostředích je prach dokonce výbušný.
Nejdůležitější je prevence: často dle povahy provozu existují možnosti, jak předcházet vzniku prachu. V mnoha průmyslových odvětvích se i přes moderní výrobní technologie nelze vyhnout prachu. Ať již je to jemný polétavý prach, prach z nanočástic, prach betonový, dřevěný, plastový, kovový, ze svařování či hořlavý prach. Ve stále více továrnách, výrobních a dalších podnicích se však již uplatňují chytré senzory a monitorovací systémy, které dokáží zachytit případná nebezpečí. Chytré senzory chrání zdraví a životy zaměstnanců. Moderní technologie tak pomáhají zajistit bezpečné pracovní prostředí v továrnách a výrobních závodech.
„V takovýchto provozech jsou ideální vysavače se speciální certifikací v oblastech s nebezpečím výbuchu. Pro účinnou ochranu je nutné na těchto pracovištích používat nadstandardní osobní ochranné pracovní prostředky. Důsledná péče o úklid v provozech, kde hrozí výbuch vzniklého prachu, předchází mnoha velkým problémům.
Situace v oblasti cukrovarnického, resp. potravinářského průmyslu obecně v České republice je na poměrně vysoké úrovni. Obecně jsou kladeny vysoké nároky na čistotu a sanitaci, což zároveň jako vedlejší kýžený produkt přináší i vyšší úroveň bezpečnosti v oblasti ochrany před výbuchem a požárem. Nicméně situace není vždy zcela ideální ani u nás. Zejména v těch částech provozů, kde se již nejedná o výrobu potravin, např. …
Na výbušnost prachů hraje roli i celá řada dalších faktorů: koncentrace kyslíku v prostoru, teplota směsi v okamžiku iniciace (pracovní teplota), příměsi inertních tuhých látek, velikost a tvar nádoby či uspořádání spojovaných zařízení. V praxi je nutné hodnotit tyto faktory komplexně a volit kombinaci technických a organizačních opatření podle konkrétního provozu.
| Parametr | Význam pro bezpečnost |
|---|---|
| Spodní mez výbušnosti | Určuje nejmenší koncentraci prachu schopnou výbuchu |
| pmax | Maximální výbuchový tlak důležitý pro konstrukční návrh |
| (dp/dt)max / KSt | Udávají brizanci a rychlost nárůstu tlaku, nutné pro dimenzování bezpečnostních opatření |
| Emin | Určuje citlivost směsi na iniciační zdroje (elektrostatika, jiskry) |
| Teplota vznícení / žhnutí | Posuzuje riziko vznícení od horkých povrchů a samovznícení usazenin |
Naším cílem je šířit povědomí o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci, požární ochraně a všech souvisejících oblastech. Máte zájem spolupracovat?
Copyright © pohodanovapec.cz
